（交通信息工程及控制专业论文）CTCS3级列控系统仿真测试平台—CTC总机仿真子系统的研究.pdf

中文摘要 摘要：中国高速铁路已进入了快速发展时期。为确保列车运行安全和提高运 输效率，迫切需要装备性能先进、安全可靠的列车运行控制系统。按照“先进、 成熟、经济、适用、可靠”的要求，我国3 0 0 k m h 及以上高速客运专线确定c t c s 3 级列控系统作为全路统一技术平台体系，并兼容c t c s 2 级列控系统实现动车组上 下线运行。 论文重点对c t c s 3 级列控系统仿真测试平台的c t c 总机仿真子系统进行研 究。论文简介了c t c s 3 级列控系统仿真测试平台的总体结构和各子系统的功能 及接口需求，设计并开发c t c 总机仿真子系统的功能及与其它子系统之间的接口 技术。 论文的主要工作包括： l 、根据现阶段c t c s - 2 级列车控制系统下的调度中心的设备功能需求来分析 并设计c t c s 3 级下的c t c 总机仿真子系统的功能。 2 、根据需求分析，设计c t c 总机仿真子系统的总体实现方案，包括建立站 场数据模型，实现列车实时追踪，临时限速的下达，运行计划的下达与调整，与 r b c 、c t c 自律分机、列控中心通过以太网以t c p l p 协议连接，并根据c t c 自 律分机反馈的列车运行情况进行列车运行计划的调整，向r b c 和列控中心发送临 时限速信息。 3 、重点分析了主要功能模块与其它模块之间的接口技术。设计c t c 总机仿 真子系统与各个模块之间的传输信息的具体内容及格式。 4 、本文以c + + b u i l d e r 为平台，利用组件技术设计实现c t c 总机仿真子系统 的功能，并通过s o c k e t 控件实现其与其它子系统之间的通信。 5 、完成与c t c s 3 级列控仿真测试平台其他子系统的联调，达到预期的设计 目标。 基于c t c s 3 级列控系统仿真测试平台，对c t c 仿真子系统的研究，可为平 台中其它子系统提供研究和测试环境，更好地完善了列控系统仿真测试平台的功 能。 关键词：c t c s 3 级；仿真测试平台；c t c 总机；列控系统 分类号：u 2 8 4 9 1 a bs t r a c t a b s t r a c t ：w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n e s eh i g hs p e e dr a i l w a y , i ti sv e r y u r g e n tt o 吣eh i g hp e r f o r m a n c et r a i nc o n t r o ls y s t e mw i t hh i g hs a f e t y , h i g hr e l i a b i l i t y a n d h i g he f f i c i e n c yt os e c u r ew a i no p e r a t i o ns a f e t y i na c c o r d a n c ew i t ht h e ”a d v a n c e d ， s o p h i s t i c a t e d , e c o n o m i c ，a p p l i c a b l ea n dr e l i a b l e ”r e q u i r e m e n t , o u rc o u n t r y3 0 0 k i n h a n da b o v e , h i g l l s p e e dp a s s e n g e rl i n et od e t e r m i n ec t c s - 3t r a i nc o n t r o ls y s t e ma sa u n i f i e dt e c h n o l o g yp l a t f o r m ，t h ew h o l er a i l w a ys y s t e m ，a n di sc o m p a t i b l ew i t hc t c s - 2 c o n t r o ls y s t e mi m p l e m e n t a t i o nc r ht r a i nr u n n i n go nl i n e t h i sm a s t e rt h e s i sg i v e sab r i e fi n t r o d u c t i o nt ot h ec t c s - 3s i m u l a t i o na n dt e s t i n g p l a t f o r m ，i n c l u d i n gs y s t e ma r c h i t e c t u r e ,s u b s y s t e mf u n c t i o n a l i t y a n di n t e r f a c e r e q u i r e m e n t sa m o n gs u b s y s t e m s t h em a i n w o r ka c c o m p l i s h e di nt h i sp a p e ri sl i s t e da sf o l l o w s ： 1 a c c o r d i n gt ot h ep r e s e n ts t a g ec t c s - 2t r a i nc o n t r o ls y s t e mu n d e r t h ec o n t r o l c m l t e re q u i p m e n tt oa n a l y z et h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t sa n dd e s i g nc t cf u n c t i o n 2 t h eo v e r a l ld e s i g np r o g r a mo ft h ec t cs u b s y s t e mw a sp r o p o s e db a s e do nt h e f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，i n c l u d et h em o d e l i n go fs t a t i o nl a y o u t ，t h er e a l i z a t i o no f r e a l t i m et r a c k i n go ft r a i n s ，t e m p o r a r ys p e e dl i m i to ft h eo r d e r , o p e r a t i o np l a na n da d j u s t t h eo r d e r , c o n n e c tr b c ，c t cs d f - e x t e n s i o n ，t h et r a i nc o n t r o lc e n t e rw i t ht c p i p p r o t o c o l ，a n dc t ce x t e n s i o ni na c c o r d a n c ew i t hs e l f - f e e d b a c k t ot r a i nt h eo p e r a t i o no f t h ea d j u s t m e n to ft r a i no p e r a t i o np l a n ，i na c c o r d a n c ew i t ht h er o a dt r a f f i cc o n d i t i o n sa n d s e n dt h et e m p o r a r ys p e e dl i m i ti n f o r m a t i o nt ot h er b ca n dt r a i nc e n t r e lc e n t e r o t h e r f u n c t i o n ss u c ha sd r a w i n go fs t a t i o nl a y o u t ，a n dm m i a r ea l s or e a l i z e d 3 a n a l y s i sf o c u s e do nt h e m a i nf u n c t i o n a lm o d u l e sa n do t h e rm o d u l e so ft h e i n t e r f a c eb e t w e e nt h et e c h n o l o g y c t cs w i t c h b o a r dd e s i g ns i m u l a t i o nm o d u l e sw i t h v a r i o u ss u b - s y s t e m st ot r a n s m i ti n f o r m a t i o nb e t w e e nt h es p e c i f i cc o n t e n ta n df o r m a t 4 c + + b u i l d e ra sap l a t f o r mi nt h i sp a p e r , t h eu s eo fc o m p o n e n tt e c h n o l o g y d e s i g n e dt oa c h i e v ec t cf u n c t i o n s ，a n dt h es a m ec o n t r o lo v e rt h er e a l i z a t i o no f i t s s o c k e ta n do t h e rc o m m u n i c a t i o n sb e t w e e nt h es u b s y s t e m s 5 t h ed e b u g g i n gw a sc o m p l e t e db e t w e e nt h ec t cs u b s y s t e ma n do t h e r s u b s y s t e m si nt h ec t c s 一3t r a i nc o n t r o ls i m u l a t i o na n dt e s t i n gp l a t f o r ma n dt h ed e s i g n o b j e c t i v e sh a sa c h i e v e d b a s e do nc t c s - 3t r a i nc o n t r o ls y s t e ms i m u l a t i o nt e s t i n gp l a t f o r m ，s i m u l a t i o n s u b s y s t e mo fc t cs t u d ya sap l a t f o r mt ot h eo t h e rs u b s y s t e m sp r o v i d er e s e a r c ha n d t e s t i n ge n v i r o n m e n t , a n da l s op r o v i d ea b e t t e rt e s t i n ge n v i r o n m e n tf o ro t h e rs u b s y s t e m s i nt h es i m u l a t i o na n dt e s t i n gp l a t f o r m k e y w o r d s ：c t c s 一3 ；s i m u l a t i o na n dt e s t i n gp l a t f o r m ；c t c ；t r a i nc o n t r o ls y s t e m c l a s s n o ：u 2 8 4 9 1 v 独创l 生声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：黼签字日期： 知c 1 年多月7 妇 5 5 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特 授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：名嚣丧纛l 签字日期：刀c 1 年( 月2 v 日 导师签名： 签字日期：如年月? 掏 致谢 首先，我要衷心的感谢张勇老师，在我攻读硕士学位期间给予我的关心、帮 助和指导。在基础知识学习和科学研究方面，张老师都以他渊博的知识和严谨的 态度影响和指导着我。张老师言传身教、身体力行，在做人的道理方面也给我很 大的启示和教育。 感谢刘中田老师悉心指导我做实验室的课题项目，并给我提出了许多宝贵的 意见，使我更深刻的了解课题项目。 感谢一同做课题的蒋红军、章慧、徐丽、宋晨亮、宋沛东、王春花、谈敏、 蔡畅、王嵩、杨韬、陈建球、袁春贵、薛丽萍、李涛、耿鹏、王超琦、修桂生、 王倩倩、裴志斌等同学给予我的支持和帮助，与他们的合作使我的理论水平和技 术能力都得到了很大的进步，从他们身上我也学到了很多优秀的品格。 感谢我的家人，正是他们的默默支持与鼓舞，才使得我能够一直克服种种困 难，完成学业。 最后，向所有给予我关心、支持和帮助的人表示衷心的感谢! 本论文由国家自然科学基金项目“列车运行控制及组织的基础理论与关键技 术研究 ( 项目号：6 0 6 3 4 0 1 0 ) 和“列车运行控制系统的仿真理论与方法 ( 项 目号：6 0 7 3 6 0 4 7 ) 支持。 l 绪论 1 1研究背景 国外的铁路列控系统起步较早，例如法国的c s e e 公司、a l s t o m 公司、英国 的w e s t i n g h o u s e 公司和u s s i 公司、德国s i e m e n s 公司等，都有较成熟的列控产品， 且各列控系统的速度控制方式、车地传输方式等都有自己的特点。 c t c 在国内外的发展历程 1 9 2 7 年7 月2 5 日美国在纽约中央铁路斯坦利( s t a n l e y ) 伯威克( b e r w i c k ) 间开通 使用第一个调度集中( c e n t r a l i z e dt r a f f i cc o n t r o l ，简称c t c ) 系统，c t c 系统在美国 经历了使用继电器、电子管、晶体管、集成电路、大规模集成电路和计算机的不 同年代，现在美国一家铁路公司采用c t c 系统，可控制指挥近5 万k m 的铁路线。 到2 0 世纪7 0 年代末至8 0 年代初，随着微型计算机和大规模集成电路技术的发展， 带动了调度集中系统的突破，出现了以微型计算机取代继电设备的发展趋势。8 0 年代初美国、德国、法国、意大利、日本和瑞典等国相继研制出计算机化的调度 集中系统，将系统的监视、控制、数据统计和报表处理、运行图调整等功能融汇 到一个系统中。此后，网络技术、通信技术以及智能控制技术的飞速发展，以计 算机技术为基础的调度集中系统向综合化、自动化和智能化发展，系统的功能更 加完善，可靠性和可维护性越来越高，操作界面也越来越人性化。调度集中系统 在保证运输安全生产，提高运输效率和铁路竞争能力上发挥了不可替代的作用。 我国铁路开展调度集中系统研发始于2 0 世纪6 0 年代，时至今日已经走过了4 0 多 年。从分离元件、小规模集成电路、中规模集成电路的布线逻辑，发展到采用大 规模集成电路、微机化的c t c ，逐步推出d d 2 、d d 3 、d d 4 、d 4 、d 5 型c t c ， 设备体积逐渐缩小，功能逐渐强大，可靠性越来越高，但总体来说，我国调度集 中的发展依然缓慢，过去的c t c 系统在我国都没有能够得到成功的应用，到2 0 0 3 年，在与国外进行广泛交流，吸取外国成功应用c t c 经验的基础上，认真分析我 国铁路运输的特殊性，提出开发研究适合我国国情的分散自律调度集中系统i t 】。 1 1 1国外发展现状 e r t m s e t c sr a i l w a yo p e r a t i o n a ls i m u l a t o r e r t m s e t c sr m l w a yo p e r a t i o n a ls i m u l a t o r 系统是一个运行在l i n u x 平台下 的列控综合仿真系统，通过绘制线路，配置线路、车站、列车、应答器、r b c 、 无线消息等参数，提供给系统一个完整的模拟场景，进而可以模拟驾驶台进行行 车仿真，检测消息流的收发以及查看监控曲线。整个系统由一个线路编辑器，一 个场景编辑器，一个操作仿真器以及一个数据库管理器四部分( 即四个相互关联 的软件) 组成。其中，前两个软件将生成的数据存入数据库中，第三个软件通过 调用数据库中这些相互关联的数据进行行车仿真。该e r t m s e t c s 交通仿真系 统是一个e r s a 先进的实时系统，包括多个火车，联锁，路线图，r b c 仿真和管 理。分析工具在仿真期间提供实时数据分析。 葡萄牙调度集中中心 计算机调度集中控制中心系统( c t c ) 是由阿尔卡特公司为葡萄牙铁路所研制 的。该系统是基于高可靠性和高安性概念设计的最新一代的控制中心。目前此类 c t c 大量安装在控制不同类型轨道信号的地区：如单线( 贝克阿尔它线) 、双线 ( 北方线) 和市郊线路( 辛特拉线) 主要控制设备是阿尔卡特公司的电子联锁设备 e s t wl 9 0 。 葡萄牙铁路c t c 的设计目标是提高正点率和服务质量、提供平稳的铁路运输 和可靠的公共信息，及降低运行成本。其基本功能有：电子联锁设备的远程控制、 列车运行信息的自动收集、列车状态描述系统、列车进路自动排列、生成显示时 间距离运行图和地区纵览图、统计信息、乘客信息【2 1 。 美国调度集中中心 美国铁路调度集中设备主要由两个厂家提供。通用信号公司的产品可以微型 运输控制者l l 型( m i c r ot r a f f i cm a s t e r i i ) 和c e n t r a c o d e 为代表【3 1 。前者为调度集中 系统的调度所设备，由该公司开发的g e n e r a l o g i e1 6 微机为基础构成，其表示盘采 用彩色显示器，控制台也附有一台彩色显示器，显示控制有关的站场细景。与现 场分机的通信由通信微处理器管理。调度所设备基本上实现一个工作站的功能， 除了控制表示功能外，并可将系统工作中的各种数据存储和打印，实现列车车次 号的追踪显示，以及与工作报告系统( o r s ) 结合使用，产生调度工作的五种基本报 表。 e r t m s e t c s 系统 欧洲是世界轨道交通最为发达的地区，欧洲现有的列车运行控制系统种类繁 多。为克服欧洲各国信号制式复杂、互不兼容，保证高速列车在欧洲铁路网内互 通运行，在欧洲共同体的支持下，欧洲各信号厂商联合制订e r t m s 厄t c s 技术规 范。e r t m s e t c s 是一个先进的列车自动防护( a t p a u t o m a t i ct r a i np r o t e c t i o n ) 系统和机车信号( c a bs i g n a l i n g ) 技术规范，安装符合e r t m s e t c s 技术规范的 列车运行控制系统，不仅能提高列车的安全性，并且能够在欧洲境内穿越国境时 2 实现互通运营【4 j 。 在欧洲，由于国家多，铁路运输情况复杂，技术装备水平参差不齐，因此在 e t c s 的规范中，对自动列车运行控制系统规定了五个发展等级，所研制开发的机 车上的设备应能适应各种等级的情况。由九个欧洲信号公司组成的联盟e u r o s i g 选择了西班牙的马德里一塞维利亚全长4 0 公里的区段作为e r t m s 的试验段。试 验工作于1 9 9 8 年展开，试验速度2 5 0 公里d , 时。 e r t m s e t c s 技术规范核心思想： 以欧洲车载设备e u r o c a b 为核心。 以欧洲应答器( e u r o b a l i s e ) 作为列车定位修正基准。 以欧洲应答器e u r o b a l i s e ( 应用等级1 ) 、欧洲环线e u r o l o o p ( 应用 等级1 ) 及欧洲无线e u r o r a d i o ( 等级2 、等级3 ) 作为车一地信息传输的通道。 以基于无线传输作为欧洲铁路列车运行控制系统今后的发展方向。 e t c s 的最大特色之一是根据功能需求和运用条件配置系统。为实现高速列车 在欧洲境内穿越国境时互通运营：结合欧洲各国铁路现状，兼顾既有设备及今后 列车运行控制系统发展趋势，e r t m s e t c s 技术规范确定了5 个应用等级。 e t c s 从系统运用角度分为5 级： 等级0 ：装备了e r t m s e t c s 的列车可以在没有装备e r t m s e t c s 地面设备 或者没有本国( 本地) 信号系统的线路上运行，或者在试运行中的e r t m s e t c s 线 路中运行。 等级s t m ：装备了e r t m s e t c s 的列车，在装备了本国有( 本地) 信号系统的 线路上运行，它们之间通过s t m 进行接口。 等级1 ( 带注入或不带注入信息) ：装备了e r t m s e t c s 的列车，在装备有欧洲 应答器( e u r o b a l i s e ) 的线路上运行，线路上可以安装欧洲环线或者无线注入单元。 等级2 ：装备了e r t m s e t c s 的列车，在由无线闭塞中心控制的、装备了欧 洲应答器和欧洲无线的线路上运行，由地面设备提供列车定位功能和列车完整性 检测。 等级3 ：与等级2 相同，但是列车定位和列车完整性检测由车载设备实现。 e t c s 各级是向下兼容的，即3 级可以用于1 级、2 级，2 级可以用于l 级。 严格地说，0 级不具备et c s 的基本功能，但考虑到规范的一致性，特定义0 级。 各级之间的过渡根据确定的转换规则进行。由于系统采用模块化设计，因此降级 可以减少一些功能：而升级必须满足扩展条件。对于列车运行安全，e t c s 根据所 采用的控制等级，承担相应的安全责任。 1 1 2国内发展现状 3 c t c s 的基本功能： c t c s 系统在满足r a m s ( 可靠性、可用性、可维护性和安全性) 条件下，对 列车进行超速防护，保证列车安全运行，向机车乘务人员提供驾驶信息及数据输 入输出界面，完成设备运行状态诊断记录。 c t c s 系统的基本功能是： 1 安全防护 在任何情况下防止列车无行车许可运行。 防止列车超速运行。包括：防止列车超过进路允许速度运行：防止列车超 过线路结构规定的速度运行：防止列车超过机车车辆构造速度运行：防止列车超 过临时限速及紧急限速运行；防止列车超过铁路有关设备的限速运行。 防止列车溜逸。 2 人机界面 人机界面功能主要是为机车乘务人员提供信息显示、数据输入及操作，具有 如下功能需求： 能够以字符、数字、及图形等方式显示列车运行速度、允许速度、目标速 度和目标距离。 实时给出列车超速、制动、允许缓解等表示以及设备故障状态的报警。 具有标准的列车数据输入界面，可根据运营和安全控制要求对输入数据进 行有效性检查。 3 检测功能 c t c s 设备除满足控制功能要求外，还具有设备检测功能，主要包含以下两个 方面： 开机自检功能和运行中动态检查功能。 能够记录设备的关键数据以及关键动作，并提供监测接口。 4 可靠性和安全性 c t c s 在可靠性和安全性设计方面必须满足以下基本要求： 按照信号故障安全原则进行系统设计。 核心硬件设备必须采用冗余结构。 满足电磁兼容性相关标准。 c t c s 的等级划分： 按系统条件和功能划分等级，我国的c t c s 发展初步定为5 级： c t c s0 级 既有线的控车模式。 设备构成为：地面区间轨道电路+ 站内电码化+ 车载通用机车信号+ 列车运行 4 监控装置。 该级的控制模式也是目标距离式，它在既有地面信号设备的基础上，采取大 贮存的方式把线路数据全部贮存在车载设备中，靠逻辑推断地址调取所需的线路 数据，结合列车性能计算给出目标距离式制动曲线。 c t c sl 级 基于既有设备改造的a t p 系统。面向1 6 0 k m h 以下的区段，在既有设备基础 上强化改造，达到机车信号主体化要求，增加点式设备，实现列车运行安全监控 功能。利用轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，连续向列车传送控制信息。 该级的控制模式为目标距离式，采取大贮存的方式把线路数据全部贮存在车 载设备中，靠逻辑推断地址调取所需的线路数据，结合列车性能计算出目标距离 式制动曲线。在车站附近增加点式信息设备，传输定位信息，以减少逻辑推断地 址产生错误的可能性。 车站正线采用与区问同制式的轨道电路，侧线采用与区间同制式的叠加电码 化设备。点式信息设备向车载设备传输定位信息。车载子系统包括主体机车信号+ 点式信息接收模块+ 安全型运行监控记录装置。 1 级是0 级的全面加强，全面提高了系统的安全性。 c t c s2 级 基于轨道传输信息的列车运行控制系统，面向提速干线和高速新线，采用车一 地一体化设计。适用于各种限速区段，地面可不设通过信号机，机车凭车载信号 行车。是一种点连式列车运行控制系统，功能比较齐全也比较适合国情。 该级采取目标距离控制模式，根据目标距离、目标速度及列车本身的性能确 定列车制动曲线，不设定每个闭塞分区速度等级，采用一次制动方式。 它所采取的闭塞方式称为准移动闭塞方式，其追踪运行间隔要比固定闭塞小 一些，地面子系统中增加列控中心，根据列车占用情况及进路状态，计算行车许 可及静态列车速度曲线并传送给列车。点式信息设备用于向车载设备传输定位信 息、进路参数、线路参数、限速和停车信息等。 c t c s3 级 基于无线传输信息、采用轨道电路等方式检查列车占用的，可叠加在既有干 线系统上的列车运行控制系统。面向提速干线、高速新线或特殊线路，基于无线 通信( g s m r ) 的固定闭塞或虚拟自动闭塞。 轨道电路完成列车占用检测及完整性检查，点式信息设备提供列车用于测距 修正的定位基准信息。无线通信系统实现地车间连续、双向的信息传输，r b c 根 据列车占用情况及进路状态向所管辖列车发出行车许可和列车控制信息。 无线通信( g s m r ) 在满足我国铁路移动信息网需求的同时，又能解决超速 5 防护信息高速率可靠传输。再辅以定位校核的点式设备，系统具有与国际接轨的 先进性。 c t c s4 级： c t c s4 级是完全基于无线传输信息的列车运行控制系统。面向高速新线或特 殊线路，基于无线通信传输平台，列车按移动闭塞和虚拟闭塞方式运行。 该级采取目标距离控制模式。由r b c 和车载验证系统共同完成列车定位和列 车完整性检查。地面不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车。 该系统完全基于无线通信( g s m r ) 具有移动自动闭塞的特征。列车完整性 检查、定位校核分别靠车载设备和点式设备实现，使得室外设备减少到最低程度。 c t c s - 3 级的背景和特点： 国际铁路联盟( u l c ) 于2 0 0 2 年1 2 月1 0 - - 1 2 日在北京召开铁路通信信号国 际技术研讨会。这次会议是关于通信信号一体化、加速a t p ( 列车超速防护系统) 发展的一次重要会议。这次会议以g s m r e t c s 为主题，进一步明确a t p 的发展 方向，给我们提供重要借鉴，将对我国c t c s ( c h i n at r a i nc o n t r o ls y s t e m 即中国 列车运行控制系统) 的发展产生一定影响。随着我国铁路既有线的不断提速、客 运专线的建设和高速铁路研究，如何装备与之相适应的c t c s 系统，应尽快提到 重要的议事同程。为此，基础部多次进行研究，并组织铁科院、通号所、北京交 大、通号总公司研究设计院多年从事a t p 技术研究开发的部分信号专家，几次开 会进行专题研讨。在此基础上，提出关于发展我国c t c s 的基本思路。 c t c s - 3 级列车运行控制系统是中国列车控制系统( c t c s ) 的重要组成部分 之一，它采用无线通信系统( 如g s m r ) 实现地面一列车间连续、双向的信息传 输，即c t c s 3 级是基于无线通信的列车运行控制系统。 c t c s - 3 级中列车的间隔控制采用固定闭塞方式，列车速度控制采用目标距离 模式控制( d i s t a n c et og o ) 方式，轨道电路仅用于列车占用检查和列车完整性检查， 测距修正的定位基准及运行方向等信息由线路上安装的固定应答器提供。r b c 根 据固定闭塞信息及进路信息产生行车许可通过g s m r 传送到列控车载设备，其它 与列车运行控制系统有关的信息如临时限速及线路参数等也通过无线通信系统传 输到列控车载设备。 c t c s - 3 级总体描述为： c t c s 3 级可以叠加在既有信号系统上的基于通信的列车控制系统。 运行许可( m a ) 由轨旁设备产生并通过无线设备传输到车载设备。 c t c s 3 级能提供连续速度监督，防止列车越过运行许可。 列车检测和列车完整性检测由地面其他非c t c s 3 级信号系统完成( 如联 锁、轨道电路等) 。 6 c t c s 3 级基于无线传输作为地车信息传输，应答器作为点式传输列车定 位信息。 向列车提供信息的轨旁无线闭塞中心( r b c ) 根据列车头部安装的c t c s - 3 级车载设备的标识号识别每一列车。 在c t c s 3 级中，可以取消地面信号。 1 2研究目的和意义 以轨道交通控制与安全国家重点实验室为平台，结合c t c s 3 级列控系统总体 技术方案研究c t c s 3 级列车控制子系统中的各个模块，并模拟实际铁路运营中可 能出现的问题，从中找出合理的解决途径。 本文主要设计并开发c t c 总机仿真子系统及与其它子系统之间的接口技术。 结合以前c t c s 2 级下调度集中的功能从而开发出适合c t c s 3 级的c t c 总机仿 真子系统的功能。由于c t c s 3 级列控系统还在开发阶段，并没有大量的在我国应 用，还有很多的功能和设计并不是很完善，我们所做的仿真模拟为以后的开发设 计提供了大量的宝贵经验。 列车控制系统是一个对安全性要求相当高的系统，在系统得到广泛应用前对 系统进行仿真测试是必须的，本文通过设计c t c 总机仿真子系统的功能，不但实 现了c t c 在c t c s 3 级列控系统下的功能，和与其它设备之间的接口的功能，而 且还为其它子系统提供了测试的平台，使其它子系统功能趋进完善。 1 3论文主要工作 本文的主要目的是对c t c s 3 级列控系统仿真测试平台的车站c t c 总机仿真 子系统的设计和实现的研究。共分为五章： 第一章为引言部分，主要对国外先进的列车运行控制系统进行了简要的介绍， 并提出本课题的研究背景及意义。然后对中国的列车运行控制系统的基本情况进 行了阐述。 第二章是针对c t c s 3 级列控系统的介绍，主要是对仿真平台以及各个子系统 的功能简单的介绍。 第三章详细介绍了c t c 总机仿真子系统的设计，首先对其功能做了详细的介 绍，根据其功能需求设计各个功能模块。 第四章详细描述了c t c 总机仿真子系统与各个子系统之间的接口，并介绍了 设计各个功能模块时用到的算法和使用的关键技术。另外调试仿真的结果也是本 7 章的研究重点。 最后一章是本文的结论和展望部分，对c t c 总机仿真子系统已完成的工作进 行了总结，并提出了一些不足及有待继续完善之处。 8 b 斑窑亟占生亟堂垃监奎g 匝值真王丕统型l 能盂塞盐圭丘 2c t c 仿真子系统功能需求分析 21c t c s 3 级列控仿真测试平台概述 2 1 1仿真平台的设计目标 构建一个基于计算机专用局域网络和g s m - r 网络( g s m - r 网络设备不含在 本仿真测试平台中) 的，集仿真、测试和研发功能为一体的c t c s - 3 级列控系统仿 真测试平台，仿真规模为三站两区间，每一车站装备一个r b c 。各主要仿真实体 之间相互独立，预留真实设备接口，便于用真实设备直接取代仿真设备。 仿真平台：主要包括车载设备的功能、地面设备的功能( 含r b c 、微机联 锁、轨旁设备等) 以及各主要仿真子系统之b j 的信息流程( 包括微机联锁，r b c ， 车载设备，c t c 地面应答器和车载查询器等之间的信息交互过程) 。 测试平台；为关键设备的测试提供环境，包括车载设备( 含安全计算机， m m l ，司法记录器等) 以及地面设备( 包含r b c 、c t c 车站分机以及轨旁设备等) 。 研发平台：车载关键设备，地面关键设备的研制，相关控制算法的研究。 c t c s - 3 级列控系焦盟真测试平鱼塑壁连接图坦堕旦蚕 图2 - 1c t c s - 3 级仿真0 试平台组成框幽 f i g u r e 2 ic t c s l e v e l3s i m u l a t i o nd i a g r a m o f t h e t e n p l a i f o 肺 如图2 1 所示：整个仿真平台由行车指挥平台、g s m r 网络平台以及列控仿 真测试平台共同组成，行车指挥仿真平台着重实现产生行车计划等功能，而g s m - r 网络平台着重实现利用该平台来构建无线通信网络。 2 2列控系统仿真测试平台组成结构描述 仿真平台主要的主要仿真实体按功能可划分以下几个部分： 地面部分： r b c 监督列车的完整性，跟踪管辖范围内每列车的行驶位置：根据为每一列车 单独设立的基础信号系统确定运行许可；将运行许可和基础设施数据单独发送 到各个列车；接收进路锁闭的确认；证实进路已被锁定并在给列车发送运行许 可之前没有被占用；允许在进路锁闭的状态下取消进路等。 列控中心 采集区间轨道电路信息并发送给r b c 。 车站联锁 完成站内进路的办理，解锁，信号机的开放关闭控制；根据c t c 分机命令 设置进路；根据r b c 进路请求返回进路办理情况：向r b c 返回所请求的进路 信息；向c t c 分机报告站场设备实时状态。 轨旁设备 模拟应答器的报文，发送给车载设备( 只仿真逻辑接口) ； 模拟车站和区间轨道电路占用信息，发送给列控中心和联锁。 c t c 车站分机 向r b c 发送临时限速、调度命令等信息；向车站联锁发送进路设置命令； 接受r b c 发送的列车状念，位置及车站联锁发送的站场显示等。 车载部分 列车仿真器 模拟司机的操作；产生列车速度信息发送给速度脉冲模拟器；接收车载设 备的输出信息( 制动信息，及其它相关信息) 及d m i 功能。 车载设备 接收r b c 传送的运行许可、临时限速等信息；向r b c 和列车运行仿真平 台发送列车运行的动态信息( 位置报告) ；接收列车运行仿真平台提供的应答 器信息等；计算列车的走行距离；实施常用制动或紧急制动；完成r b c 的交 1 0 接； 速度脉冲发生器 根据列车仿真器提供的速度信息， 设备。 其他功能支持模块 列车群模拟器 用一台计算机模拟多个车载设备， r b c 接车能力。 产生相应的速度脉冲信号并提供给车载 仿真多辆车在线路上运行的状态，测试 仿真管理器 完成仿真管理任务规划、初始化设置、管理控制、回放、结果分析和操作 仿真模式的初始化设置、同步各仿真器的工作、仿真场景的管理和切换等功能。 三维视景 根据轨旁仿真器实时传过来的列车速度、位置等信息，将实际司机所见到 的视景比较真实的模拟出来，呈现在三维视景主机显示屏上。 线路数据库支持 为各模块提供基础线路数据。 2 2 1c t c s 3 级列控系统仿真测试平台的数据流图 c t c s 3 级列控系统仿真测试平台主要仿真实体构成和各仿真实体间的信息 交互流程及内容如图2 - 2 所示。 i d - ：列车操纵模拟器 当前速度1 允许速度 制动信息 司机i d 目标速度 监督模式 列车静态信盖 日标距离； 列车当前速度 报警显示i 车载设备 - 运行许可 临时限速 紧急消息 l 戍答器报文 车载部： - - - - 4 位置报告 位冀报告 地面部： 区问轨道电 路，i 用 列车速度 一 d n ，、 j，j 应铃器编号 位箕等 j 、工j 、一 线路数据 万l l ： 临时限速 。 列 车调度命令 一- 等 进路请求 车 进路请求结果群 ：* i n 1r 轨 运 模 ，q 牛趋仃丌 m w 行 拟划警摹 站内轨道电 旁 c t c l 工乙iw 7 盘古卜往生后出 一路占用 仿 总：6 r l k 穩閫c 。：设臂0 “” 馈 限遗 轨道电 中心二 用 2c c s 3 级仿真测试平台数据流图 g u r e 2 - 2d t as r e a moc c s - 3s m u l a t i o nadt s tp a t f o r m 3c 仿真子系统功能模块的划分 c 总机仿真子系统按功能划分，具有下列五个模块： 行计划模块 时限速模块 车车次跟踪模块 显示模块 数据模块 2 3 1 运行计划功能模块 列车运行计划模块主要负责生成全部行车调度台的日班列车工作计划，并将 计划分解后送至各c t c 分机。列车运行调整指挥子系统为各行车调度台上的列车 调度员服务，直接负责指挥列车运行，并将指挥信息传递给基层各站、段。系统 监控子系统为电务人员随时监视整个设备的运行状态服务，可使出现的问题尽快 得到处理。系统维护子系统供系统维护使用，负责程序的修改和升级【6 】。 日班列车工作计划内容分析 为保证列车快速、有序的运行，计划制定是一项关键的工作。铁路分局同班 计划由货运工作计划、列车工作计划和机车工作计划三个相互关联的计划组成。 日计划是当r1 8 ：0 0 至次日1 8 ：0 0 内的日间运输工作计划，只计划可分为两个 班计划，当同1 8 ：o o 至次日6 ：0 0 为第一班计划；6 ：0 0 至1 8 ：0 0 为第二班计划。 第二班计划主要是根据第一班计划的执行情况和日计划任务，对第二班计划内容 进行部分修正。铁路分局日班列车工作计划主要包括以下一些内容： ( 1 ) n 车到发及运行计划，包括列车车次、发站、到站、发到时刻、编组内容、 始发列车车辆来源，枢纽小运转列车运行计划； ( 2 ) 分界站列车交接计划，包括列车车次、到开时刻，各列车中按去向别重车 数和按车种别空车数； ( 3 ) 管内工作车输送计划和各站配空挂运计划及摘挂列车计划； ( 4 ) 施工封锁计划。 图2 3 列车工作计划内容分类图 f i g u r e2 - 3c o n t e n t so ft h en a i l lp l a n 2 3 2 临时限速功能模块 客运专线的临时限速大致分为有计划的临时限速、自然灾害下的限速和塌方 落物等引起的紧急运行限速。c t c s 3 级应用情况下，对有计划的临时限速和自然 灾害下的临时限速，可通过c t c 中心或r b c 本地控制终端设置限速区段，通过 g s m r 网络向列车传递限速信息。对塌方落物引起的紧急运行限制可采用控制 r b c 通过g s m r 向受影响区域运行的列车发出无条件执行的紧急停车指令。对于 c t c s 2 级应用情况下，对有计划的临时限速和自然灾害条件下的临时限速，原则 上采用在进、出站口处有源应答器提供的临时限速信息，而针对客运专线站间距 离长的特点，为克服临时限速实时性较差、运用不便的缺点，可通过在区间中继 站处增设有源应答器的措施解决；对塌方落物引起的紧急运行限制，可通过防灾 安全监控系统提供的限制指令，列控系统控制轨道电路发h 码的措施，并相应改 变前方轨道电路追踪码序的方式向列车提供停车信息。对于数字编码轨道电路的 应用情况，临时限速信息可通过轨道电路直接传递至列车以完成各种限速情况下 的控n t 7 3 。 2 3 3列车车次追踪模块 调度监督系统并不仅仅是显示所辖范围内铁路基础设备的占用情况，更主要 的是显示列车的运行情况，为铁道部运输管理信息系统提供强有力的信息支撑， 从而为铁路的进一步智能化管理提供依据。在整个调度监督系统的各监视设备上， 列车运行的实际情况可通过表示列车占用的红色光带以及相关信号设备的状态模 拟显示，调度监督系统可对列车车次号实时追踪，并且应用于铁路自动化系统中。 车次跟踪系统的组成： 调度监督系统中的车次跟踪，不仅包括车次的显示，还应该包括列车车次的 输入，传递以及列车通过到达报点【引。 l 列车车次号的输入 在调度监督系统中，可以采用2 种车次输入的方式：自动输入和手工输入。 自动输入列车车次有2 种方式：当列车进入本调度监督系统监视范围时，列车 车次号应由相邻调监系统自动传递进来：列车车次号可由调度监督系统从列车 运行计划中自动获取。使用这种方式获取列车车次，可以提高减少人工干预，体现 1 4 更高的智能化、自动化。 手工输入列车车次也有2 种方式：列车车次号可由车站值班员输入；调 度员可为列车输入车次号。 2 列车车次号的显示 列车车次号以5 位英文字母或阿拉伯数字的形式显示在屏幕上，车次号应随 列车的实际运行自动跟踪，实时显示在表示列车占用的红色光带